Устройство для измерения напряжений в горных породах Советский патент 1980 года по МПК E21C39/00 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ В ГОРНЫХ ПОРОДАХ

I

Изобретение относится к приборам для измерения напряжений в горных породах.

Известны гидравлические датчики давления, выполненные в виде цилиндрической резиновой оболочки, укрепленной между двумя торцовыми герметизирующими обоймами, и предназначенные для измерения напряжений в горных породах 1.

Известно также устройство для измерения напряжений в массиве горных пород, содержащее эластичную цилиндрическую оболочку с рабочей полостью, заполненной жидкостью, переднюю и заднюю герметизирующие обоймы, обратный клапан, тензометрический -датчик давления и стяжной болт 2.

Однако эти устройства дают информацию только о сумме главных напряжений в массиве горных пород. Кроме того, наличие толстой резиновой оболочки приводит к значительным погрещностям при измерениях.

Целью изобретения является разделение компонент напряжений и повышение точности и надежности измерений.

Это достигается тем, что оболочка устройства выполнена тонкостенной, например из меди и снабжена продольными гофрами.

а внутри нее размещена розетка поперечных деформаций, измерительные элементы которой контактируют со стенками оболочки через продольные планки.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устJ ройство, общий вид; на фиг. 2 дан разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 2; на фиг. 4 показано предлагаемое устройство, вариант выполнения с обратным клапаном.

Устройство состоит из оболочки 1, передней 2 и задней 3 герметизирующих рбойм, распорных колец 4 и 5, стяжного болта 6 с зажимной гайкой 7, розетки деформаций 8 с тензометрическими элементами 9, уплотнительной втулки 10, проводов 11, планок 12, тензометрического датчика 13 давления жидкости и обратного клапана, состоящего из щарика 14, упора 15 и распорной пружины 16.

Оболочка выполнена в виде цилиндра из листовой меди толщиной 0,5-1,0 мм или

20 другого аналогичного материала и снабжена двумя продольными гофрами 17, служащими для уменьщения диаметра устройства в нерабочем положении. Передняя 2 и задняя 3 обоймы совместно с кольцами 4 и 5,

стяжным болтом б и гайкой 7 служат для герметизации торцов оболочки 1. Передний конец стяжного болта 6 вьгаолнен в виде торцовой гайки, которая навинчивается на свободный конец осевого прилива обоймы 2, зажимая при этом распорное кольцо 4. Вблизи заднего конца стяжной болт 6 снабжен буртиком для зажима распорного кольца 5. Осевой прилив передней обоймы 2 и распорное кольцо 4 снабжены осевым и радиальным отверстиями, служащими для прохода рабочей жидкости из подводящего трубопровода (не показан) во внутреннюю полость устройства. Розетка деформаций 8 выполнена в виде обоймы, надетой на стяжной болт, в которой укреплены радиально расположенные измерительные элементы из упругого, но легко деформируемого материала. Вторые концы измерительных элементов крепятся к планкам 12, укрепленны.м на внутренней поверхности оболочки 1. На измерительные элементы розетки деформаций наклеиваются тензометрические элементы 9.

Втулка 10 служит для уплотнения проводов 11, идущих от тензометрических элементов 9 и датчика 13 давления жидкости.

Измерение напряжений осуществляется в следующей последовательности.

Бурится скважина, диаметр которой больще диаметра прибора в нерабочем положении, но несколько меньще, чем его диаметр при полностью расплавленных за счет давления жидкости гофрах 17. Затем внутренняя полость прибора заполняется рабочей жидкостью и он присоединяется к трубопроводу, соединенному с гидронасосом, ориентируется и устанавливается в скважине. Под давлением жидкости оболочка 1 за счет гофр 17 несколько расщиряется и плотно прилегает к стенкам скважины. После этого снимают показания датчика давления жидкости и начальные отсчеты по розетке деформаций 8.

В процессе изменения напряженно-деформированного состояния породы стенки скважины Деформируются совместно с оболочкой 1, в результате чего изменяется давление рабочей жидкости и длина лучей розетки деформаций 8. Проводя повторные замеры показаний тензометрических элементов 9 и датчика 13, определяют смещения стенок скважины и прирост давления жидкости. По этим величинам, используя формулы теории упругости, вычисляют и направление главных напряжений, действующих в породе в плоскости измерения.

Формула изобретения

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

765505

r«-j